Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha - Ruzyně. Technická zpráva

Transkript

1 VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE Ústav chemie a analýzy potravin Technická 5, Praha 6 tel.: a 185; jana.hajslova@vscht.cz; vladimir.kocourek@vscht.cz Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha - Ruzyně Technická zpráva Smlouva č.: ČSL ev. č z a dodatek č. 1 z června 2008 (č. VŠCHT ) Zahájení projektu: Zpráva za období: Vydána dne: Zadavatel: Pracoviště: Odpovědný řešitel: Spoluřešitelé: Správa Letiště Praha, s.p. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Ústav chemie a analýzy potravin Prof. Ing. Jana HAJŠLOVÁ, CSc., vedoucí laboratoře Doc. Ing. Vladimír Kocourek, CSc.; Ing. Lucie Drábová, Dr. Ing. Marie Suchanová; Ing. Jakub Schůrek,

2 OBSAH I. Cíl monitoringu 2 II. Podmínky monitoringu Realizační pracoviště Vzorkovací plán, rozsah sledování vybraných škodlivin Výběr typu vzorků, monitorovaných lokalit a sledovaných škodlivin... 2 III. Výsledky monitoringu Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) Toxické kovy Zbytky paliva a těkavé aromatické uhlovodíky IV. Závěry studie V. Použité literární zdroje VI. Seznam zkratek VII. Přílohy Seznam příloh: Příloha 1: Osvědčení o akreditaci laboratoře (2007) Příloha 2: Monitoring ovoce a zemědělských plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně rozsah a postupy Příloha 3: Meteorologické podmínky v období vzorkování (ČHMÚ-OLM) - elektronicky Příloha 4: Přehled nálezů sledovaných PAU a stopových prvků v trvalém travním porostu, jablkách, pšenici a listech jahodníku (tabulky) Příloha 5: Databáze výsledků monitoringu (elektronicky v Excelovém formátu) Příloha 6: Fotodokumentace odběrových lokalit (elektronicky v komprimovaném formátu jpeg) VŠCHT PRAHA 1

3 I. Cíl monitoringu Cílem monitoringu je zhodnocení potenciálního vlivu Letiště Praha Ruzyně na znečištění ovoce, plodin a krmiv pěstovaných na území okolních obcí v souvislosti s jeho provozem. Pro naplnění tohoto cíle je od roku 2005 realizováno pravidelné zjišťování povahy a míry kontaminace vybraných (bioindikátorových) plodin a krmiv v bezprostředním okolí letiště Praha. II. Podmínky monitoringu 1. Realizační pracoviště Studie byla realizována laboratoří Ústavu chemie a analýzy potravin (vedoucí Prof. Ing. Jana Hajšlová, CSc.). Tato laboratoř má od roku 1999 zaveden funkční systém managementu jakosti podle mezinárodní normy ČSN EN ISO/IEC a je pravidelně akreditována Českým institutem pro akreditaci jako akreditovaná zkušební laboratoř č Kopie platného akreditačního osvědčení je v Příloze Vzorkovací plán, rozsah sledování vybraných škodlivin Plán vzorkování a rozsah sledování cílových kontaminujících látek (vybraných škodlivin) je popsán v Příloze 2, která byla zpracována ještě před zahájením monitoringu a odsouhlasena zadavatelem. Pro rok 2008 byl plán vzorkování na žádost zadavatele rozšířen o další lokalitu (BAB), která zahrnuje oblast od severního okraje Červeného vrchu přes Hanspaulku až ke zřícenině na Babě. Pro samotné odběry vzorků jsou k dispozici podrobné standardizované postupy vzorkování jednotlivých materiálů, včetně meteorologických podmínek a podmínek pro přepravu a uchování vzorků. Jednotlivé typy vzorků jsou pro přehlednost označovány třímístnými kódy, jejichž přehled je uveden v seznamu zkratek. Stanovený plán vzorkování a odběrové postupy byly v praxi dodrženy a nebyly zaznamenány žádné významnější odchylky. Byly odebrány všechny plánované vzorky v počtu stanoveném pro jednotlivé lokality. Nepostradatelná spolupráce se zástupci všech dotčených obcí byla bezproblémová. 3. Výběr typu vzorků, monitorovaných lokalit a sledovaných škodlivin Výběr druhu vzorků, lokalit a cílových látek (škodlivin) byl předmětem vstupní dokumentace v Příloze 2. Analýzy těkavých látek byly na základě aktuálních výsledků ještě doplněny o kvalitativní a v roce 2007 a 2008 i kvantitativní - stanovení skupiny látek označovaných jako BTEX (benzen, toluen, ethylbenzen, xylen). Navíc byl též proveden necílový screening obdobných těkavých látek, které by potenciálně mohly indikovat stopy leteckého paliva pronikajícího do ekosystému. Jako tzv. kontrolní lokality byly v průběhu akce zvoleny lokality v oblasti Jílového u Prahy a na jižním okraji Rynholce, kde je vliv letecké dopravy velmi omezený. VŠCHT PRAHA 2

4 V Příloze 3a a 3b je přehled meteorologických údajů ve vzorkovacích sezonách 2005 až 2008 s vyznačením dní odběru. Kromě přehledu teplot, slunečního svitu a srážek jsou k dispozici také údaje o frekvenci směru a rychlosti větru. Tyto údaje předal zadavatel monitoringu a byly naměřeny v prostoru letiště Praha (přesná lokalizace uvedena). Oproti roku 2007 byly v době odběru vzorků teploty většinou o něco vyšší, sluneční svit přibližně stejný, srážek poněkud méně ale několik dní před odběrem bylo o něco deštivěji. Rozmístění vzorkovaných lokalit je zřejmé z Obrázků 1a až 1g. U jednotlivých odběrních bodů jsou pro orientaci barevně vyznačeny vzorkované plodiny. Vzájemné vzdálenosti v rámci katastrálního území jedné obce jsou (vzhledem k předpokládanému rozptylu škodlivin) relativně malé. Používané plné kódy lokalit sestávají z pořadového čísla odběrního bodu a zkratky obce viz Seznam zkratek. V jednotlivých letech se lokalizace odběrových míst významněji neměnila, drobné změny byly odůvodněny změnou stanoviště konkrétních plodin. Vzdálenosti mezi původním a novým bodem byly vždy řádově v desítkách až stovkách metrů, což je z hlediska interpretace výsledků ve vztahu k atmosférickému znečištění nevýznamné. Lokalizace jednotlivých míst odběru vzorků je provedena pomocí zeměpisných souřadnic v systému WGS 84 (pro určení souřadnic byly použity internetové mapy Geodis Brno, s.r.o.) viz Příloha 5. V místech odběru vzorků byla rovněž pořizována fotodokumentace, která je uložena v komprimovaném formátu jpeg - viz Příloha 5 a 6. V názvu příslušného souboru s digitální fotografií je vždy pořadové číslo lokality, kód obce nebo letiště a kód plodiny. Obrázek 1a: Orientační mapa odběru vzorků v Horoměřicích; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: žlutá-pšenice; modrá- jablka; zelená travní porost; červená listy jahodníku. VŠCHT PRAHA 3

5 Obrázek 1b: Orientační mapa odběru vzorků v Nebušicích; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: žlutá-pšenice; modrá- jablka; zelená travní porost; červená listy jahodníku. Obrázek 1c: Orientační mapa odběru - Přední Kopanina; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: žlutá-pšenice; modrá- jablka; zelená travní porost; červená listy jahodníku. VŠCHT PRAHA 4

6 Obrázek 1d: Orientační mapa odběru - Kněževes; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: žlutá-pšenice; modrá- jablka; zelená travní porost; červená listy jahodníku. Obrázek 1e: Orientační mapa odběru - Jeneč; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: žlutá-pšenice; modrá- jablka; zelená travní porost; červená listy jahodníku. VŠCHT PRAHA 5

7 Obrázek 1f: Orientační mapa odběru Baba-Hanspaulka-Č.vrch; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: modrá- jablka; zelená travní porost Obrázek 1g: Orientační mapa odběru areál Letiště Praha; přesná lokalizace viz Příloha 5). Vysvětlivky: žlutá-pšenice; modrá- jablka; zelená travní porost VŠCHT PRAHA 6

8 III. Výsledky monitoringu Podrobný přehled charakteristických vlastností sledovaných polutantů, možných emisních zdrojů, toxicity, pohybu v životním prostředí a koncentracích nalézaných na vegetaci byl zpracován v úvodní zprávě z r Aby však tato zpráva mohla být využívána bez potřeby vracet se ke zprávě minulé, jsou dále některé skutečnosti významné pro interpretaci naměřených údajů zopakovány v kapitolách věnovaných přehledu problematiky u jednotlivých skupin kontaminantů. 1. Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) 1.1 Přehled problematiky Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) představují významnou, prakticky všudypřítomnou skupinu organických kontaminantů. K jejich emisím do atmosféry dochází při spalování fosilních materiálů a dřeva. Vedle těchto "historicky" starých vstupů jsou v současné době PAU emitovány do prostředí zejména v souvislosti s řadou anthropogenních činností. Mezi nejdůležitější zdroje jejich emisí patří především různé průmyslové procesy (výroba tepelné a elektrické energie, spalování odpadů aj.) a doprava, tj. zejména spalování pohonných hmot. S úrovní kontaminace atmosféry, do níž jsou PAU primárně emitovány a která představuje hlavní transportní medium pro většinu polutantů uvolňovaných do našeho prostředí, úzce souvisí hladiny PAU nacházené v půdě, vegetaci, vodě a v sedimentech. Pro sledování imisní zátěže těmito environmentálními kontaminanty lze využít celou řadu různých typů aktivních vzorkovacích zařízení pro odběr ovzduší, kde se aktuální koncentrace škodlivin měří v definovaném objemu nasátého vzduchu. Namísto nákladného aktivního vzorkování atmosféry (které stejně odráží jen okamžitý stav a nikoli dlouhodobou zátěž prostředí) lze využít tzv. pasivní vzorkovače, tvořené povrchy rostlinných matric. Použití vegetace jako bioindikátoru znečištění atmosféry PAU má několik výhod; zejména možnost vzorkování stejného typu matric v různých lokalitách nám umožňuje porozumět transportním procesům, které probíhají v atmosféře. Důležitý je i fakt, že rostliny (zemědělské plodiny) jsou klíčovou složkou potravního řetězce člověka, a informace o jejich zátěži tak indikuje možnou míru expozice populace environmentálními polutanty a s tím spojená zdravotní rizika. Nejvýznamnější fyzikálně-chemické vlastnosti pro 16 "prioritních" PAU podle US EPA (Agentury pro ochranu životního prostředí, USA), definované pro teplotu 25 C, jsou uvedeny v Tabulce I. Těchto 16 PAU bylo v roce 1976 uvedeno US EPA jako prioritní pro stanovení v odpadních vodách a později se tento soubor 16 PAU začal používat i při monitorování ovzduší, půdy a biotických složek prostředí. Z této skupiny jsou často eliminovány pouze těkavé dvou- a tříjaderné PAU (Naph, Ace, Acy, Fln), a to zejména vzhledem k neúnosně vysokým ztrátám během analytického stanovení a tedy přílišném rozptylu výsledků. Těkavost PAU je charakterizována tenzí par. Její hodnota je závislá na okolní teplotě a klesá v řadě od nízko- k výšemolekulárním PAU. Nízkomolekulární PAU jsou těkavější než poměrně stabilní vysokomolekulární. Pohyblivost PAU v prostředí opět souvisí s jejich molekulovou hmotností. PAU s nižší molekulovou hmotností jsou v prostředí poměrně pohyblivé, zatímco PAU s molekulovou hmotností vyšší jsou vzhledem k vyšším molekulovým objemům a extrémně nízké těkavosti a rozpustnosti relativně nepohyblivé. Dominantním zdrojem PAU v našem prostředí jsou emise, které pocházejí z různých anthropogenních aktivit. Anthropogenní zdroje PAU je možné rozdělit na mobilní, kde hlavní příspěvek tvoří emise z benzínových a dieslových motorů a stacionární, mezi které je možné zařadit celou škálu spalovacích procesů zahrnujících domácí topeniště, spalování odpadů a výrobu elektrické energie a průmyslové aktivity (výroba hliníku, koksu a železa, zpracování ropy). Složení emisí PAU z dopravních prostředků je závislé zejména na typu motoru, provozních podmínkách a složení paliva. Obsah PAU v palivech a motorových olejích se často pohybují až na hladinách mg/kg. Ačkoli největší podíl na emisích z mobilních VŠCHT PRAHA 7

9 zdrojů mají spalovací motory, PAU se dostávají do prostředí také vlivem opotřebení asfaltových vozovek, pneumatik a olejových náplní motorů vozidel. Jak ve městech, tak ve venkovských oblastech významně přispívají ke kontaminaci ovzduší PAU domácí topeniště na tuhá paliva, která v kamnech a kotlích hoří často nedokonale za tvorby velkého množství sazí bohatých na PAU. Tento zdroj je dosud významně rozšířen a je obtížně kontrolovatelný. Česká republika patří k zemím Evropy s nejvíce znečištěným životním prostředím zejména díky tomu, že spalováním uhlí, které je zde hlavním zdrojem energie, jsou do prostředí emitována velká množství PAU. Poměrné zastoupení (profily) emitovaných PAU typické pro různé zdroje viz Tabulka II - může teoreticky sloužit k identifikaci původu znečištění. Na malém území s pestrými a variabilními zdroji však dochází k takovému překryvu, že jejich vzájemné odlišení je v praxi nemožné. Polycyklické aromatické uhlovodíky patří mezi první atmosférické polutanty, u kterých byl zjištěn karcinogenní potenciál. Z toxikologického hlediska je možné PAU rozdělit na potenciálně karcinogenní a nekarcinogenní. Toto dělení je však poněkud zjednodušující, zejména vzhledem k faktu, že toxicita jednotlivých PAU úzce souvisí se strukturou dané molekuly. Vzhledem k tomu, že PAU se v prostředí vyskytují vždy jako komplexní směs látek, je organismus vystaven většinou působení více než jednoho reprezentanta této skupiny. Hlavním zdrojem nejistoty posouzení rizika expozice PAU je nekompletnost dat o toxicitě jejich směsí. V praxi se dnes někdy využívá obdobná strategie, která byla zavedena pro hodnocení toxicity směsi PCB. Vychází se ze zjednodušujícího předpokladu o podobnosti toxického účinku chemicky příbuzných látek jedné skupiny. Tento model faktoru ekvivalentní toxicity f TEF kalkuluje s aditivním efektem daných komponent a s vyjádřením tohoto účinku jako ekvivalentního množství toxického benzo[a]pyrenu (referenční látky s dobře popsaným karcinogenním účinkem a mechanismem působení). Jednoduchý vztah pak umožní kalkulovat toxicitu různých směsí PAU jako tzv. ekvivalent toxicity f TEQ : f TEQ = Σ w PAU,i. f TEF,i kde w PAU,i je obsah příslušného PAU a f TEF,i je ekvivalentní faktor toxicity pro příslušný PAU. Teoretické hodnocení toxicity PAU pomocí f TEF je závislé na mnoha faktorech. Toxicita PAU může být ovlivněna konečným stavem působení PAU in vivo nebo in vitro, dále aditivními efekty způsobenými možnými interakcemi mezi jednotlivými PAU ve směsi, kdy případná interakce může záviset na množství (koncentraci) PAU, ale i na době působení. Vzájemné interakce mezi PAU mohou být ovlivněny přítomností některé specifické sloučeniny a slabě karcinogenního nebo nekarcinogenního PAU (např. fluoranthenu a pyrenu), která mohou jak podporovat, tak inhibovat nebo mít kokarcinogenní efekt na toxicitu směsi PAU. Karcinogenní potenciál směsi, ve které jsou přítomny různé PAU nebo jejich různé množství může být ovlivněn jejich biologickou dostupností, metabolismem a kompeticí o vazebná místa. V Tabulce III jsou uvedeny hodnoty f TEF,i získané z některých studií zabývajících se posuzováním toxicity jednotlivých PAU. Nejsilnějšími karcinogeny mezi PAU jsou tedy benzofluorantheny, benzo[a]pyren, benz[a]anthracen, dibenz[a,h]anthracen a indeno[1,2,3-cd]pyren. Aby došlo k projevu jejich latentního karcinogenního potenciálu, je však nutné PAU podrobit metabolické konverzi a aktivaci. PAU inkorporované do jednotlivých složek terestrického ekosystému, se nechovají staticky, ale mohou podléhat řadě změn. K jejich přeměně či pohybu může docházet různými procesy, mezi něž patří biodegradace, chemická transformace, fotolýza, vytěkání, vylouhování a metabolismus. Pro komplexní charakterizaci osudu PAU v životním prostředí je tedy nutné nejenom zjištění vlastní zátěže (obsahu sledovaného analytu), ale i znalost výše zmíněných zákonitostí osudu polutantů v prostředí. Zátěž prostředí PAU je reprezentována celkovým množstvím PAU přítomným ve všech jeho složkách a zároveň představuje souhrn profilů PAU emitovaných ze všech jejich možných zdrojů. PAU ve většině případů vstupují do prostředí jako složky směsí. Charakter zátěže se mění v závislosti na zdroji znečištění, vzdálenosti od tohoto zdroje a v závislosti na orografii. Atmosférická depozice představuje hlavní cestu pro přestup PAU do terestrického ekosystému a atmosféra je také hlavním transportním médiem PAU v prostředí. VŠCHT PRAHA 8

10 Tabulka I: Přehled fyzikálně-chemických vlastností PAU spolu s jejich dalšími charakteristikami; zkratky viz seznam (str. 56) PAU a) CAS Počet Molární Rozpustnost Sumární Bod tání Bod varu b) Tenze par Henryho konstanta aromatických hmotnost ve vodě log K vzorec ( C) ( C) OW jader (g/mol) (g/m 3 ) b) (Pa) b) (Pa.m 3 /mol) b) log K OA b) Naph C 10 H , ,69 3,37 10,4 43,01 5,13 Ace C 12 H , ,8 4,00 0,3 12,17 6,21 Acy C 12 H , ,93 4,07 0,9 8,4 - Fln C 13 H , ,98 4,18 0,09 7,87 6,68 Phe C 14 H , ,1 4,57 0,02 3,24 7,47 Ant C 14 H , ,0446 4,54 0,001 3,96 7,34 Flt C 16 H , ,26 5,22 0, ,04 8,88 Pyr C 16 H , ,132 5,18 0,0006 0,92 8,61 B[a]A C 18 H , ,011 5,91 2,8x10-5 0,581 9,52 Chr C 18 H , ,0018 5,75 5,7x10-3 0, ,42 B[b]F C 20 H , ,0012 6,57 6,6x ,17 B[k]F C 20 H , , ,84 5,2x10-8 0,016 - B[a]P C 20 H , ,0038 6,04 7,0x10-7 0,046 10,77 DB[ah]A C 22 H , ,0005 6,75 3,7x , ,91 B[ghi]P C 22 H , , ,23-0,075 11,01 I[1,2,3-cd]P C 22 H , ,062 7, nenalezeno a) Chemical Abstracts System b) pro 25 C VŠCHT PRAHA 9

11 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně Tabulka II: Profily PAU pro různé zdroje znečištění charakteristický poměr k benzo[a]pyrenu Zdroj S1 S2 M1 M2 M3 M4 B[b]F 0,05 1,2 1,2 0,9 0,9 5,6 B[k]F 0,01 0,4 0,9 1,2 1,0 8,2 B[a]P 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 I[1,2,3-cd]P 0,8 0,1 1,0 1,4 1,1 1,4 S1: stacionární spalování uhlí (v domácnosti i průmyslové) S2: stacionární spalování dřeva M1: mobilní osobní automobily zážehový motor (benzin) bez katalyzátoru M2: mobilní - osobní automobily zážehový motor (benzin) s katalyzátorem M3: mobilní osobní automobily - vznětový motor (diesel; nafta), přímé vstřikování M4: mobilní těžké nákladní automobily se vznětovým (diesel) motorem Tabulka III: Hodnoty f TEF pro jednotlivé PAU Sloučenina Nisbet a LaGoy [1] Benzo[a]pyren 1,0 Dibenz[a,h]anthracen 5 Benz[a]anthracen 0,1 Benzo[b]fluoranthen 0,1 Benzo[k]fluoranthen 0,1 Indeno[1,2,3-cd]pyren 0,1 Anthracen 0,01 Benzo[g,h,i]perylen 0,01 Chrysen 0,01 Acenaphthen 0,001 Acenaphthylen 0,001 Fluoranthen 0,001 Fluoren 0,001 2-Methylnaphthalen 0,001 Naphthalen 0,001 Phenanthren 0,001 Pyren 0,001 Míra transportu mezi jednotlivými složkami ekosystému je funkcí fyzikálně-chemických vlastností jednotlivých PAU (rozpustnost ve vodě, lipofilita, těkavost), stavem PAU (tj. zda jsou spojené s částicemi či v plynném stavu), stavem prostředí (povětrnostní podmínky), depozicí, reakcemi, které v prostředí probíhají (fotooxidace, chemická oxidace, mikrobiální degradace). Přestupy PAU mezi jednotlivými fázemi prostředí lze teoreticky popsat pomocí různých rozdělovacích koeficientů. Jednotlivé rozdělovací koeficienty charakterizují vztah mezi hladinami polutantů mezi dvěma sousedními fázemi v termodynamické rovnováze a jsou klíčovými charakteristikami pro přestup látek mezi jednotlivými složkami ekosystému. Koeficientem, který charakterizuje přestup PAU z atmosféry do biotické složky prostředí, je rozdělovací koeficient n-oktanol/vzduch K OA. K OA může být odhadnut na základě poměru K OW /K AW. Z hodnot K OA je možné predikovat mechanismus přestupu PAU z atmosféry do biotické složky. Těkavé PAU s hodnotami log K OA < 8 jsou sorbovány povrchem vegetace přímo z plynné fáze atmosféry, pro PAU s log K OA > 11 převažujícím mechanismem přestupu do biotické složky prostředí depozice částic. Doba setrvání PAU v různých částech prostředí je různá v závislosti na vlastnostech dané látky a na vlastnostech a podmínkách prostředí, tedy na ročním období, teplotě, sluneční radiaci, apod. U nízkomolekulárních PAU jsou typické poločasy rozpadu v atmosféře dny, týdny ve vodě a měsíce v půdě. Tyto látky tedy nejsou významně perzistentní. Tří- a čtyřjaderné PAU mají poločasy rozpadu v jednotlivých složkách ekosystému asi dvakrát delší. Těžší PAU s pěti a více jádry jsou již poměrně perzistentními látkami s poločasy rozpadu týdny ve vzduchu, měsíce ve vodě a roky v půdě a VŠCHT PRAHA 10

12 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně sedimentech. V tkáních vyšších organismů jsou nalézané hladiny PAU obvykle velmi nízké, což je způsobeno jejich rychlou metabolickou přeměnou. Většina obratlovců je vybavena enzymatickým aparátem, který jim umožňuje PAU metabolizovat za vzniku intermediátů, z nichž některé jsou cytotoxické a karcinogenní. V atmosféře jsou PAU přítomny buď v plynné fázi nebo sorbované na pevné částice. Primárně jsou PAU emitovány do plynné fáze atmosféry a poté jsou inkorporovány na tuhé částice buď kondenzací při ochlazování emisí nebo adsorpčním mechanismem. Distribuce PAU mezi plynnou a pevnou fázi atmosféry je ovlivněna několika faktory tenzí par PAU (která je funkcí teploty), množstvím částic (z hlediska povrchu dostupného pro adsorpci PAU), teplotou ovzduší, obsahem PAU a afinitou jednotlivých PAU k částicím organické hmoty. Při vyšších teplotách dochází k obohacení plynné fáze těkavějšími PAU, v zimním období naopak dochází ke kondenzaci plynných PAU na povrch částic a tak jejich zvýšené depozici na zemský povrch včetně vegetace. Se vzrůstající molekulovou hmotností, resp. větším počtem kondenzovaných jader dochází k asociaci s pevnými částicemi aerosolu a organickým podílem půd. Obecně lze však charakterizovat distribuci PAU v atmosféře tak, že tříjaderné PAU jsou přítomny především v plynné fázi atmosféry, pěti- a šestijaderné PAU jsou primárně sorbovány na částice a čtyřjaderné PAU jsou přítomny v obou fázích atmosféry. Distribuce PAU v atmosféře (atmosférický transport částic a jejich fyzikální odstranění z atmosféry) závisí zejména na velikosti atmosférických částic, přičemž největší důraz je z hlediska expozice lidské populace kladen na tzv. respirabilní frakci (< 1 μm). U částic o velikosti 0,1 3 μm, se kterými jsou PAU především asociovány, se předpokládá, že mohou v atmosféře přetrvávat po několik dní i déle. V závislosti na atmosférických podmínkách mohou být tyto částice přenášeny v atmosféře i na velké vzdálenosti, přičemž často ani deštěm (tj. mokrou depozicí) nedochází k jejich účinnému odstranění z atmosféry. Větší částice (více než 3 5 μm) jsou odstraňovány z atmosféry především prostou sedimentací a srážkami a je možné je nalézt spíše v blízkém okolí emisních zdrojů. Rychleji než suchou depozicí dochází k odstranění PAU z atmosféry mokrou depozicí, kterou lze rozdělit podle velikosti kapek a typu přenosu na horizontální (mlha, rosa, námraza) a vertikální (déšť, sníh). Plynné PAU a PAU vázané na větších částicích jsou strhávány především atmosférickými srážkami (pod-oblačné vymývání). Hlavní podíl PAU vázaných v aerosolech je sorbován v mračnech, z nichž jsou postupně vymývány deštěm (vnitro-oblačné vymývání). Nálezy PAU ve srážkách jsou tedy výsledkem jak vnitro-oblačného, tak pod-oblačného vymývání, přičemž vnitro-oblačné vymývání představuje velmi účinný postup zejména pro odstranění PAU asociovaných s částicemi. PAU přítomné v plynné fázi jsou odstraňovány z atmosféry v důsledku pod-oblačného vymývání, na základě přestupu mezi plynnou a vodní fází. PAU deponované na zemský povrch mohou nicméně po depozici zpět vytěkat, a to zejména z vodních ploch. Průměrný obsah PAU ve srážkách se pohybuje v jednotkách až stovkách ng/dm 3 v závislosti na jejich rozpustnosti ve vodě (PAU s nízkou molekulovou hmotností jsou rozpustné ve vodě na hladinách μg/dm 3, vyšší na hladinách ng/dm 3 ). Obecně lze říci, že nálezy PAU ve srážkách jsou vyšší v zimě než v létě, což odráží sezónní variace hladin PAU v atmosféře. Sněžení je také mnohem efektivnějším způsobem pro odstranění PAU z atmosféry než déšť. Nejvyšší množství PAU jsou přítomna v ovzduší v zimě a spíše v městských než venkovských oblastech. K vyšším nálezům polyaromátů v zimním období přispívají zejména změny v produkci emisí (zvýšení produkce emisí z domácích topenišť a automobilových exhalací) a změny meteorologických podmínek (kratší doba svitu a nižší teplota, teplotní inverze). Tyto faktory významně ovlivňují rozptýlení vzdušných polutantů a změny ve fázové distribuci PAU (plynná fáze - částice). V literatuře jsou uváděny údaje o množství PAU ve volném ovzduší v prostoru Evropy v zimním období, které může být 2 10krát vyšší než v létě. Obsah PAU v ovzduší se mohou pohybovat v rozpětí několika řádů. Za hodnoty odpovídající pozadí bývají považovány hladiny 0,1 1 ng/m 3, střední hodnoty v ovzduší městských a průmyslových aglomerací se většinou pohybují mezi 0,3 6 ng/m 3. Míra znečištění vegetace PAU je ovlivněna fyzikálně-chemickými vlastnostmi jednotlivých PAU (rozdělovací koeficient K OW, rozpustnost ve vodě, tenze par, Henryho konstanta), dále VŠCHT PRAHA 11

13 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně meteorologickými podmínkami a samozřejmě samotným obsahem PAU v prostředí. Také morfologie rostliny, tj. plocha povrchu dosažitelná pro adsorpci a obsah lipidů má významný vliv na kontaminaci vegetace PAU. V důsledku atmosférické depozice je značná část PAU deponována do půdy nebo na povrch vegetace. Hlavní cestou kontaminace vegetace je sorpce PAU listovou plochou přímo z ovzduší a dále z deponovaných částic. Nevýznamnou cestou kontaminace vegetace je absorpce PAU z půdního roztoku a povrchem kořenů. Translokace PAU v rostlinách z půdy kořenovým systémem je ovlivněna hydrofobním charakterem těchto látek a je možné ji odhadnout na základě hodnoty K OW. Její rozsah je ovlivněn vodním režimem rostliny a přítomností tzv. oil chanels ("vodivých kanálků") v kořenovém systému, které umožňují snadnější přestup PAU do vnitřních pletiv. Foliární příjem PAU odpařených z kontaminovaných půd je ale také možným zdrojem znečištění vegetace PAU. Faktory ovlivňující přestup PAU do vegetace jsou znázorněny na Obrázku 2. Fázová rovnováha mezi obsahem PAU v atmosféře a ve vegetaci je funkcí teploty; na jaře a na podzim, kdy je teplota ovzduší nižší, jsou nacházeny ve vegetaci obvykle vyšší hladiny PAU, v letním období, kdy je naopak okolní teplota vyšší, jejich obsahy klesají. Foliární příjem PAU je totiž důsledkem kontaminace atmosféry PAU a vegetace tak může být použita jako indikátor znečištění ovzduší. Rozdíly v nálezech PAU v různých druzích vegetace v dané lokalitě mohou být značné, např. vzhledem k rozdílnostem mezi odebíranými rostlinnými orgány (jehličím, listy, plody). Chemické procesy v atmosféře: ozon, OH-radikály, polutanty Emise PAU Klimatické faktory: teplota, tlak, sluneční záření, srážky vymytí pevné částice vodná fáze plynná fáze zpětné vytěkání kutikula epikutikulární vosk rostlinné lipidy stomata Vnitřní část: fyziologická odezva, detoxifikace a metabolismus xenobiotik, asociace s lipidickou membránou Obrázek 2: Faktory ovlivňující příjem PAU vegetací Atmosférické kontaminanty jsou zákonitě koncentrovány zejména v těch částech rostlin, které jsou v přímém kontaktu s ovzduším. V případě konzumace může právě rozsah kontaminace povrchových vrstev vegetace PAU představovat jeden z hlavních zdrojů těchto látek v lidské dietě. Povrch rostlin je pokryt epidermální tkání, lipofilní membránou, jejíž hlavní složkou je biopolymer kutin a voskovité lipidy. Tato membrána pokrývá vnější stěny pokožkových buněk rostlin a slouží rostlinám k ochraně před nekontrolovatelnými ztrátami vody z rostlinných pletiv a infekcí. Vysoký kumulační potenciál pro PAU (ale i ostatní lipofilní atmosférické kontaminanty) mají zejména rostliny, resp. jejich části, s vysokým obsahem povrchových lipidů a členitým povrchem ("chloupky"). Prostřednictvím stomat (průduchů) mohou být PAU inkorporovány také do vnitřních pletiv rostlin (listů). VŠCHT PRAHA 12

14 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně Míra sorpce PAU vegetací závisí také na poměru povrchu rostliny k její celkové biomase. Rostliny s vysokou hodnotou tohoto poměru, tedy s velkou plochou listů nebo jehlic, představují značný potenciál pro sorpci PAU z atmosféry. Dalším faktorem je samozřejmě, vedle obsahu PAU v atmosféře, délka vegetačního nebo růstového období rostliny, tedy doba expozice. Použití vegetace jako indikátoru kontaminace atmosféry má však i svá omezení; nutným předpokladem pro správné posouzení získaných dat je znalost mechanismu příjmu polutantů a faktorů (již zmíněných), které jej ovlivňují. Předpokladem pro posouzení zátěže je také zpracování dostatečného množství vzorků, tedy systematické a důsledné monitorování kontaminace. Aby bylo možné stanovit úroveň zátěže měst a regionů, je třeba získat velké množství vzorků z různých lokalit tak, aby byl minimalizován efekt vlivu bodového zdroje kontaminace a snížen vliv variability mezi odebranými vzorky ze sledované oblasti. I přes to se však běžná směrodatná odchylka mezi nálezy pro jeden druh rostliny rostoucí ve stejné oblasti může pohybovat v rozpětí %. Poznatky o sorpci PAU vegetací lze shrnout do několika bodů: nízkomolekulární PAU jsou s ohledem na typ povrchu sledované matrice rostlinami sorbovány snadněji než výšemolekulární, sorpce PAU vegetací je ovlivněna klimatickými podmínkami, zejména teplotou (s jejím poklesem roste míra depozice PAU do vegetace), velikostí a charakterem povrchu, hladiny PAU ve vegetaci jsou obvykle vyšší v nadzemních částech rostlin než v částech podpovrchových a na povrchu rostlin než ve vnitřních pletivech, rostliny s velkým povrchem listů, drsným charakterem povrchu a vysokým obsahem kutikulárních vosků obsahují obvykle vyšší hladiny PAU na jednotku hmotnosti celková kontaminace rostlin PAU je zásadním způsobem ovlivněna prašností prostředí Nálezy PAU ve vegetaci se pohybují v rozmezí setin až stovek μg/kg. V blízkosti intenzivních zdrojů kontaminace se však můžeme setkat i s nálezy mnohem vyššími, které dosahují až desítek mg/kg. Konkrétní hodnoty nálezů PAU ve vegetaci a dalších složkách životního prostředí byly již uvedeny a diskutovány ve zprávě za rok Analýza vzorků na obsah PAU Vyšetření vzorků jablek, listů jahodníku, travního porostu a pšenice na obsah PAU probíhalo v souladu s metodou akreditovanou Českým institutem pro akreditaci (ČIA) (zkušební laboratoř č , s osvědčením o akreditaci č. 492/2007) jako zkušební metoda KM 23: Polycyklické aromatické uhlovodíky. Tato metoda je akreditována pro 12 PAU, dosud prioritně sledovaných v životním prostředí (EPA list). Principem metody je extrakce PAU z vhodně upravených matric do organického rozpouštědla. Separace PAU od případných koextraktů se v extraktech izolovaných z rostlinných matric a půdy provádí pomocí gelové permeační chromatografie (GPC). PAU se stanoví pomocí reverzní vysokoúčinné kapalinové chromatografie s fluorescenční detekcí (HPLC/FLD). Jednotlivé analyty jsou identifikovány a kvantifikovány na základě srovnání s příslušnými standardy, pomocí metody vnějšího standardu. Vzhledem k nedávnému stanovisku vědeckého výboru Evropského úřadu pro bezpečnost potravin (červen 2008) byly všechny dosavadní výsledky sumárního obsahu PAU přepočteny na sumu 8 PAU, která má napříště v evropských databázích reprezentovat zátěž potravin a plodin a indikovat tak expozici těmto kancerogenům. Pro sumu těchto PAU (v Příloze 5 označených červeně) jsou k dispozici nejen údaje o úrovni kontaminace potravin ale i o celkové expozici člověka PAU. Jedná se o následující látky: Benzo[a]anthracen, Chrysen, Benzo[b]fluranten, Benzo[k]fluranthen, Benzo[a]pyren, Benzo[ghi]perylen, Dibenzo[ah]anthracen a Indeno[1,2,3-cd]pyren VŠCHT PRAHA 13

15 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně 1.3 Výsledky a diskuse nálezů PAU Pšenice Z porovnání celkového množství PAU v zrnu pšenice vyplývá, že nedošlo k významným změnám v nálezech PAU oproti předchozím letům ( ). Výjimku tvoří pouze lokalita NEB 18 kde došlo k výraznému nárůstu kontaminace, což může být důsledek nového lokálního/náhodného zdroje kontaminace, který se uplatnil právě v době odběrů. Hladiny PAU v pšenici se ve všech sledovaných letech pohybovaly v rozmezí odpovídajících hodnotám zjištěným pro lokality v jiných oblastech ČR s víceméně průměrnou zátěží PAU a řádově odpovídaly i nálezům v kontrolní lokalitě Jílového u Prahy (JIP K). Sezonní výkyvy však naznačují, že aktuální koncentrace se mohou měnit v širokém rozmezí. Procentuální zastoupení jednotlivých PAU i jednotlivých skupin PAU zůstává ve většině sledovaných lokalit obdobné jako v předchozích letech a odpovídá hladkému povrchu plodiny, na kterém nedochází k záchytu pevných částic s adsorbovanými těžšími PAU. Ve spektru sledovaných PAU tak dominují netoxické polyaromáty s nižší molekulovou hmotností, tj. 3-jaderné PAU (viz Obrázky 4, 5). Rozdělení PAU do skupin podle počtu aromatických jader je uvedeno v Tabulce IV. 1, Obsah PAU (µg/kg) 0,80 0,40 0,00 HOR 10 HOR 11 JEN 30 KNE 24 NEB 18 PKO 03 JIP K Obrázek 3: Celkový obsah PAU (suma 8 PAU) v pšenici úsečky vymezují nejistotu výsledku analýzy VŠCHT PRAHA 14

16 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně 100% 80% 60% 40% 20% 0% HOR 10 HOR 11 JEN 30 KNE 24 NEB 18 PKO 03 JIP K Phe Ant Flt Pyr B[a]A Chr B[b]F B[k]F B[a]P DB[ah]A B[ghi]P I[1,2,3-cd]P Obrázek 4: Relativní zastoupení PAU v pšenici 100% 80% 60% 40% 20% 0% HOR 10 HOR 11 JEN 30 KNE 24 NEB 18 PKO 03 JIP K 3-jaderné PAU 4-jaderné PAU 5- a 6-jaderné PAU Obrázek 5: Relativní zastoupení jednotlivých skupin PAU v pšenici Tabulka IV: Rozdělení PAU do skupin podle počtu aromatických jader Počet jader PAU 3 Phe, Ant 4 Flt, Pyr, B[a]A, Chr 5,6 B[b]F, B[k]F, B[a]P, DB[ah]A, B[ghi]P, I[1,2,3-cd]P Jablka VŠCHT PRAHA 15

17 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně Z porovnání celkového množství PAU nalezených v jablkách v jednotlivých letech (Obrázek 6) vyplývá, že nálezy v roce 2008 korespondují s výsledky z let 2005 a 2006 a jsou vyšší než v roce 2007, kdy pravděpodobně došlo k omytí PAU deponovaných na prachových částicích, vlivem četnějších srážek v období odběru. V nově zařazených lokalitách BAB43 a BAB45 byly zaznamenány poněkud vyšší nálezy PAU, což může být důsledek lokálního/náhodného zdroje kontaminace v době odběru. Z Obrázku 7, kde je znázorněno relativní zastoupení jednotlivých PAU ve všech sledovaných letech vyplývá, že s výjimkou lokality PKO 02, kde bylo v letech 2006 a 2007 zjištěno významně nižší množství phenanthrenu, nebyly shledány mezi lokalitami významné rozdíly. Ve spektru PAU (Obrázky 7 a 8) zjištěném u jablek převažují PAU tří- a čtyř- jaderné. Největší podíl z celkového nálezu obvykle představuje phenanthren, který v tomto případě tvoří až 70 % z celkového obsahu PAU. Pěti- a šestijaderné PAU, mezi které patří některé toxické látky, tvoří naopak pouze přibližně 10 % z nálezu. Relativní zastoupení jednotlivých skupin PAU tedy odpovídá rozdílné morfologii a složení povrchů, a také předpokládaným mechanismům přestupů PAU z okolního prostředí na povrch matrice. Hladký povrch neumožňuje záchyt pevných částic s adsorbovanými PAU. Voskovitý povrch jablek, u kterého dochází k přímé absorpci PAU z plynné fáze atmosféry do vosku, má za následek dominantní zastoupení 3-jaderných PAU ve sledovaném spektru. VŠCHT PRAHA 16

18 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně 1, Obsah PAU (µg/kg) 0,80 0,40 0,00 HOR 09 HOR 08 HOR 07 JEN 28 JEN 29 KNE 22 KNE 23 NEB 16 NEB 17 NEB K PKO 01 PKO 02 BAB 43 BAB 45 Obrázek 6: Celkový obsah PAU (suma 8 PAU) v jablkách úsečky vymezují nejistotu výsledku analýzy VŠCHT PRAHA 17

19 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně 100% 80% 60% 40% 20% 0% BAB BAB HOR 09 HOR 08 HOR 07 JEN 28 JEN 29 KNE 22 KNE 23 NEB 16 NEB 17 NEB K PKO 01 PKO 02 BAB Obrázek 7: Relativní zastoupení PAU v jablkách I[1,2,3-cd]P B[ghi]P DB[ah]A B[a]P B[k]F B[b]F Chr B[a]A Pyr Flt Ant Phe VŠCHT PRAHA 18

20 Monitoring ovoce a plodin v okolí letiště Praha-Ruzyně 100% 80% 60% 40% 20% 0% BAB BAB HOR 09 HOR 08 HOR 07 JEN 28 JEN 29 KNE 22 KNE 23 NEB 16 NEB 17 NEB K PKO 01 PKO 02 BAB 3-jaderné PAU 4-jaderné PAU 5- a 6-jaderné PAU Obrázek 8: Relativní zastoupení jednotlivých skupin PAU v jablkách VŠCHT PRAHA 19